基于全局/梯度优化方法的宽速域乘波-机翼布局气动设计

宽速域高超声速飞行器是航空航天领域新的战略制高点，其飞行速域与空域极大化特点导致亚/跨/超/高超声速气动性能难以兼顾。为了缓解高低速气动设计的矛盾，以典型宽速域乘波-机翼布局为研究对象，结合基于代理模型的全局优化方法和基于伴随梯度的局部优化方法，对该宽速域构型的布局参数和剖面形状进行了从全局到局部的多目标分步优化。结果表明，在约束亚声速升力系数、高超声速阻力系数的情况下，基于代理模型的布局参数优化方法能够在维持高超声速气动性能的同时，将亚声速的升阻比提升9.5%。进一步选取布局参数优化结果 Pareto面上亚声速气动特性最优的构型，利用基于伴随梯度的优化方法，对机翼剖面进行梯度优化。优化结果表明，梯度优化能够有效地改善飞行器亚/高超声速状态下的阻力特性，并将翼型在几何上优化为兼顾亚/高超声速气动特性的双S翼型。通过上述从布局参数到剖面参数的优化，乘波-机翼构型的亚声速升阻比相比初始构型提升了12.4%，高超声速升阻比相比原始构型提升了6.2%。